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Java并發編程——volatile關鍵字

瀏覽:2日期:2022-08-23 09:49:56

一、volatile是什么

volatile是Java并發編程中重要的一個關鍵字,被比喻為“輕量級的synchronized”,與synchronized不同的是,volatile只能修飾變量,無法修飾方法及代碼塊等。下面是使用volatile關鍵字實現的單例模式:

public class Singleton implements Serializable { private static volatile Singleton singleton; private Singleton() {} public static Singleton getSingleton() { if (singleton==null) { // 1 synchronized (Singleton.class) { // 2if (singleton==null) { // 3 singleton = new Singleton();// 4} } } return singleton; } private Object readResolve() { //防止序列化破壞單例模式 return singleton; }}

1.單例為什么使用volatile關鍵字?

首先要理解new Singleton()做了什么。1.看class對象是否加載,如果沒有就進行類的加載、解析和初始化;2.虛擬機分配內存空間,初始化實例,3.調用構造函數,4.返回地址給引用。而cpu為了優化程序,可能會進行指令重排序,導致實例內存還沒分配,就被使用了。

假設有兩個線程A和B,線程A執行到new Singleton(),開始初始化實例對象,由于存在指令重排序,這次new操作,先把引用賦值了,還沒有執行構造函數(沒有真正執行完)。這時時間片結束了,切換到線程B執行,線程B調用new Singleton()方法,發現引用不等于null,就直接返回引用地址了,然后線程B執行了一些操作,就可能導致線程B使用了還沒被初始化的變量。

2.單例模式中步驟1、2、3、4存在的意義何在?

首先,步驟2、3是保證單例。假設線程A和B都執行到了步驟2,線程A拿到了鎖,執行步驟3,如果此時沒有創建實例,線程A會執行new創建實例,然后線程A釋放鎖,線程B拿到鎖,首先執行步驟3,發現已經創建了實例,直接返回。加鎖是比較消耗資源的,步驟1就是為了減少資源的消耗。

二、volatile的特性

1.禁止指令重排序

指令重排序是JVM為了優化指令、提高程序運行效率,在不影響單線程程序執行結果的前提下,盡可能地提高并行度。指令重排序包括編譯器重排序和運行時重排序。

volatile關鍵字提供內存屏障的方式來防止指令被重排,編譯器在生成字節碼文件時,會在指令序列中插入內存屏障來禁止特定類型的處理器重排序。

JVM內存屏障插入策略:

每個volatile寫操作的前面插入一個StoreStore屏障,Store1;StoreStore;Store2,在Store2及后續的寫入操作執行前,保證Store1的寫入操作對其他處理器可見,保證了有序性和可見性; 在每個volatile寫操作的后面插入一個StoreLoad屏障,Store1;StoreLoad;Load2,在Load2及后續的讀取操作執行前,保證Store1的寫入操作對其他處理器可見,它的開銷是最大的,兼具其他三種的作用,保證了有序性和可見性; 在每個volatile讀操作的后面插入一個LoadLoad屏障,Load1;LoadLoad;Load2,在Load2及后續的讀取操作執行前,保證Load1讀取的數據已經讀取完畢; 在每個volatile讀操作的后面插入一個LoadStore屏障,Load1;LoadStore;Store2,在Store2及后續的寫入操作執行前,保證Load1讀取的數據已經讀取完畢。

2.保證內存可見性

可見性是指對volatile變量的讀總能獲取其他任意線程對volatile變量的最后的寫。可見性的實現基于volatile讀寫的內存語義:

volatile寫的內存語義:當寫入一個volatile變量時,JVM將線程工作內存中的變量值刷新到主內存中; volatile讀的內存語義:當讀取一個volatile變量時,JVM首先將改工作內存中的變量設置為無效,重新從主內存中獲取最新的有效值。

三、使用場景

(1)volatile是輕量級同步機制。與synchronized的區別是volatile只能保證有序性和可見性,不能保證原子性。(2)volatile不能修飾寫入操作依賴當前值的變量。聲明為volatile的簡單變量如果當前值與該變量以前的值相關,那么volatile關鍵字不起作用,也就是說如下的表達式都不是原子操作:“count++”、“count = count+1”。(3)當要訪問的變量已在synchronized代碼塊中,或為常量時,沒必要使用volatile;(4)volatile保證了有序性,屏蔽掉了JVM中必要的代碼優化,所以在效率上比較低,因此一定在必要時才使用此關鍵字。(5)在以下兩個場景中可以使用volatile來代替synchronized:

運算結果不依賴變量的當前值,或者能夠確保只有單一的線程會修改變量的值。 變量不需要與其他狀態變量共同參與不變約束。

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標簽: Java
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